prof. dr. Vita Dolžan, dr. med.

Farmakogenetika in osebna medicina

- od genetskega testiranja do klinične prakse

Laboratorij za farmakogenetiko, Inštitut za biokemijo Medicinska fakulteta, Univerza v Ljubljani

vita.dolzan@mf.uni-lj.si 1

Genomika in osebna medicina

Ginsburg & Willard, Translational Research 2009

•ustrezen odmerek •ustreznega zdravila

•ob ustrezni indikaciji

•za določenega bolnika

•ob pravem času

Osebna medicina uporablja genomske pristope za

• preprečevanje

• presejanje in zgodnjo diagnostiko

• učinkovito zdravljenje

2

Dovzetnost Presejanje Diagnoza Prognoza Farmakogenomika

Bre

me b

ole

zn

i

Str

ošek

Tveganje Klinični znaki in progres Predsimpto-

matski potek

VARIABILNOST ODZIVA NA ZDRAVILA: Prepreka učinkovitemu zdravljenju

Dober odgovor

Ni odgovora

Neželeni učinki

Predpisovanje zdravil temelji na: - znakih in simptomih bolezni - pričakovanem odzivu

3

Interindividualna variabilnost odziva na zdravila

Bolezen Skupina zdravil Delež neodzivnikov Astma beta-agonisti 40-75% Shizofrenija antipsihotiki 25-75% Depresija SSRIs, triciklični AD 20-40% Revmat. artritis temeljna zdravila 30-60% Diabetes peroralni antidiabetiki 50% Hipertenzija antihipertenzivi 30%

• Bolnišnični sprejemi v ZDA: 2 milijona/leto zaradi ADR (Norton, 2001)

• ZDA: 100,000 smrti/leto zaradi ADR (Lazarou, 1998)

• VB: ADR pri 1/7 hospitaliziranih bolnikov: diuretiki, opiatni analgetiki in antikoagulanti. Polovico ADR bi se dalo preprečiti (Davies, 2009)

• Brvar in sod., 2010: 3.7 % urgentnih sprejemov zaradi ADR

4

Variabilnost odziva

na zdravljenje

Genetski dejavniki

• encimi

• prenašalci

• tarče zdravil

Okoljski dejavniki

• zdravila (interakcije)

• hrana, kajenje

• onesnaženje

•življensko okolje (stres)

Biološki dejavniki

• spol, starost

• telesna zgradba

• obolenja

• fiziologija

• hormoni

Zdravilo

• odmerek

• sodelovanje

FARMAKOGENETIKA 5

RAZLIČEN ODZIV NA ZDRAVILO

variabilnost odziva na zdravilo

NEODZIVNOST UČINKOVITO ZDRAVLJENJE TOKSIČNOST

variabilnost plazemskih

koncentracij

Farmakodinamika Farmakokinetika

Tarče zdravil in njihovih

signalnih poti

Prenašalci zdravila

ABC in SLC transporterji

GENSKA

VARIABILNOST

Encimi vključeni v

metabolizem zdravil

1. (CYP) in 2. faza presnove

6

• genetski polimorfizem vpliva na funkcijo encima in je pogost v populaciji

učinkovitost zdravljenja

• gre za zdravila z ozko terapevtsko širino

napoved / prilagoditev odmerka

• možni neželeni učinki in toksičnost

izbira bolj primernega zdravila

Kdaj so farmakogenetski polimorfizmi pomembni?

Farmakogenetika zdravljenja s tamoksifenom Farmakogenetika zdravljenja z antipsihotiki in antidepresivi

Farmakogenetika zdravljenja z varfarinom Farmakogenetika zdravljenja s klopidogrelom

Farmakogenetika zdravljenja revmatoidnega artritisa Farmakogenetika zdravljenja raka

CYP2C9 • 20 % vseh CYP v jetrih

• presnavlja 10-20 % klinično pomembnih zdravil1: S - varfarin, fenitoin, NSAID, statini, sulfonilsečnine, losartan... Inhibitorji: flukonazol, izoniazid, lovastatin, amiodaron Induktorji: rifampin, barbiturati

Aleli2 polimorfizem encimska frekvenca pri aktivnost Slovencih3

CYP2C9*1 normalna 81,5 % CYP2C9*2 R144C zmanjšana 12,2 % CYP2C9*3 I359L zmanjšana 6,3 %

1 http://www.georgetown.edu/departments/pharmacology/davetab.html 2 http://www.ki.se/CYPalleles/ 3 Herman et al, Zdrav Vestn 2003

8

Kaminsky & Zhang, 1997

S-warfarin- • 60-70 % antikoagulantnega učinka • CYP2C9

R-varfarin- • 30-40 % antikoagulantnega učinka • CYP1A2, CYP2C19, CYP3A4

CYP2C9, presnova in vzdrževalni odmerki varfarina

Herman et al, Pharmacogenomics J 2005

Varfarin inhibira cikel vitamina K

Polimorfizmi VKORC1 določajo občutljivost tarčnega encima za varfarin

FDA: 01/22/ 2010 dopolnjen povzetek glavnih značilnosti zdravila za varfarin

• Informacija o genotipu CYP2C9 in VKORC1 pomaga pri izbiri začetnega odmerka (Tabela 5 )

•Pri vseh bolnikih je potrebno nadaljnje prilagajanje odmerka glede na vrednosti PT/INR.

Genotipizacija CYP2C9 in VKORC1: priporočena, a ne zahtevana

11

FDA: 16/08/ 2007 dopolnjen povzetek glavnih značilnosti zdravila za varfarin

FDA: 17/09/ 2007 odobren prvi genetski test za varfarin Nanosphere Verigene Warfarin Metabolism Nucleic Acid Test

Prospektivne študije: genotipu prilagojeno odmerjanje v uvajalnem obdobju skrajša

čas do tarčnega INR in zniža število ADR algoritmi za odmerjanje varfarina

12

CYP2D6 • 2-5 % vseh P450 v jetrih; možgani: korteks, hipokampus, cerebellum

•zelo polimorfen; > 130 alelov • SNP, insercije/delecije, delecije gena, duplikacije gena

http://www.se/CYPalleles/

delecije gena

duplikacije gena

SNP, insercije/delecije

13

UM – ultrahitri metabolizatorji (ultrarapid m.) ( duplikacija gena: 2-13 kopij) 1-2% bele rase, 1% Slovencev* 3.5-7% Špancev, 29% Etiopijcev

EM – hitri metabolizatorji (extensive m.) 2 aktivna alela

IM – vmesni metabolizatorji (intermediate m.) 1 manj aktiven & 1 neaktiven alel

PM – slabi metabolizatorji (poor m.) 2 neaktivna alela 5-10% bele rase, 7% Slovencev*

N

HH

C

NH2+

NH2

CYP2D6: genotip / fenotip

aktivni aleli

*1, *2, *35

neaktivni aleli (*0)

*3, *4, *5, *6, *7, *8, *12,

*13, *14, *15, *16, *18,

*19, *20, *21, *38 ....

aleli z duplikacijo gena

*1x2, *2x2, *4x2

manj aktivni aleli

*9, *10, *17, *41

* Dolžan V in sod. 1995 14

Fenotipizacija ali genotipizacija?

• Fenotipizacija (vpliv genotipa in ostalih dejavnikov)

– Preiskovanca obremenimo z učinkovino, ki se presnavlja izključno preko

preučevanega encima

-Zbiramo vzorce krvi (plazma) / urina

- v eni točki ali v odvisnosti od časa

- Farmakokinetična analiza učinkovine / presnovka

- Razmerje koncentracij presnovka / učinkovine je merilo za hitrost presnove

preko določenega P450

• Genotipizacija (samo vpliv genotipa)

– Odvzamemo vzorev krvi (> 1 ml), sline ali bukalni bris

– Izoliramo jedrno DNA

-Specifične odseke DNA pomnožimo z verižno reakcijo polimerrizacije (PCR _

polymerase chain reaction)

- Detekcija sprememb v nukleotidnem zaporedju (v realnem času, z

restrikcijsko analizo, s sekvenčno analizo)

CYP2D6

• presnova > 30 zdravil: antidepresivi, antipsihotiki, antiepileptiki, antiaritmiki... • aktivacija kodeina, tramadola, oksikodona, tamoksifena,

• prehitra presnova

• neučinkovitost

običajnih odmerkov

• toksičnost pro-zdravil

• prepočasna presnova

• povečano tveganje za

ADR ob običajnih

odmerkih

• neučinkovitost

pro-zdravil

EM: 10 – 200X hitrejša hidroksilacija kot PM

16

0

50

100

150

200

Prilagoditev odmerkov antidepresivov in antipsihotikov glede na genotip CYP2D6

%

s

tandard

nega o

dm

erk

a

UM

EM

IM

PM

Kirchheiner et al., Mol Psychiatry 2004 17

Meta analiza (2010) • analitična zanesljivost (analitical validity) farmakogenetskih testov je zelo dobra • ni zadostnih dokazov o klinični zanesljivosti (clinical validity) in uporabnosti (clinical utility) • obstajajo zadovoljivi dokazi glede povečanega tveganja za EPS pri PM za CYP2D6 • genetsko testiranje CYP2D6 ni imelo signifikanega vpliva na odgovor na zdravljenje

•Zaključek: "The potential benefit of CYP450 testing is

therefore still uncertain and it would be premature to

recommend the use of pharmacogenetic testing for adults with schizophrenia.“

Testiranje CYP2D6 v psihiatriji – kaj kaže klinična praksa

18

Signalna pot serotonina in dopamina

Serotonergičen nevron

Serotoninski

transporter SLC6A4

(SERT ali 5-HTT) 5-HTTLPR*La/Lg/S

serotoninski

receptor A1 5-HTR1A C-1019G

G-protein

GNB3 C825T

dopaminski receptor DRD2 C1167G (Ser311Cys)

19

Alela S (P=0,022) in S + Lg (p=0,004) - boljši odgovor na zdravljenje z antipsihotiki

CYP2D6 in aktivacija tamoksifena

Jin, Y. et al. J Natl Cancer Inst 2005;97:30-39 CP1229323-3

Genotip CYP2D6 in

plazemske koncentracije endoksifena

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Wt/Wt Wt/*4 *4/*4

Jin Y et al: J Natl Cancer Inst 97:30, 2005

CYP2D6*4 (najpogostejši nefunkcionalni alel pri PM)

P<0.001, r2=0.24

Plasma

Endoxifen

(nM)

0

20

40

60

80

100

0 2 4 6 8 10 12

%

Years after randomization

Genotip CYP2D6 in preživetje brez relapsa (relapse-free survival) pri bolnicah s Ca dojke na tamoksifenu

CYP2D6 WT/WT

CYP2D6 *4/WT

P=0.020

CYP2D6 *4/*4

Goetz et al J Clin Oncol. 2005;23(36):9312-8.

Inhibition of CYP2D6 Affects Endoxifen Concentrations

0

20

40

60

80

100

120

140

Jin Y et al: J Natl Cancer Inst 97:30, 2005

Wt/Wt, no

inhibitor

Venlafaxine Sertraline Paroxetine *4/*4, no

inhibitor

Plasma

Endoxifen

(nM)

CYP2C19

• presnavlja / inaktivira 5 % klinično pomembnih zdravil: inhibitorji protonske črpalke, antiepileptiki, antidepresivi • aktivacija klopidogrela • inhibitorji: kloramfenikol, cimetidin, ketokonazol, omeprazol.... • inducers: karbamazepin, prednizon, rifampicin

aleli polimorfizmi encimska frekvenca pri aktivnost Slovencih CYP2C19*1 - - normalna CYP2C19*2 19154G>A splice defect neaktiven 15,9 % CYP2C19*3 17948G>A W212X neaktiven 0,4 % CYP2C19*17 -806C>T prepisovanje povečana 17 % Swedish

PMs: 3-5% Kavkazijcev, 15-20 % Azijcev

http://www.ki.se/CYPalleles/ http://www.georgetown.edu/departments/pharmacology/davetab.html

CYP2C19 in inhibitorji protonske črpalke

• Hitrejše celjenje želodčnih razjed in bolj uspešna eradikacijska terapija pri PM za CYP2C19

% ozdravitve Hitri metabolizatorji (EM) 28.6%

Vmesni metabolizatorji (IM) 60%

Slabi metabolizatorji (PM) 100%

CYP2C19 in klopidogrel

Carriers: at least one variant allele: *2, *3, *4, *5, *8 (IM + PM) *Outcome: a composite death from cardiovascular causes, myocardial infarction or stroke

Mega et al, N Engl J Med 2008

PM: two reduced function alleles

IM: one reduced function allele

EM: no variant allele

UM: one or two *17

“The FDA is aware of published reports that clopidogrel (marketed as Plavix) is less

effective in some patients than it is in others.

Differences in effectiveness may be due to genetic differences in the way the body

metabolizes clopidogrel, or that using certain other drugs with clopidogrel can

interfere with how the body metabolizes clopidogrel.“

label update approved on 05/06/2011 (PDF) for PLAVIX, NDA no. 020839

32

Clinical Pharmacogenetics Implementation Consortium Guidelines

...” to provide guidance to clinicians so that pharmacogenetic tests can be used in

the clinic...”

current list of gene/drug pairs with CPIC guidelines. > 65 zdravil

http://www.pharmgkb.org/contributors/consortia/cpic_profile.jsp

Kateri odmerek je pravi za tvojega bolnika?

Personalizacija farmakoterapije

Prej:

En odmerek za vse Sedaj in v prihodnje:

odmerjanje na podlagi genotipa